Chytré zariadenia v priemysle (1)

Mobilné a nositeľné chytré zariadenia sa v súčasnosti stávajú bežnou výbavou moderného človeka. V posledných rokoch si všeobecné, ale aj špecializované – upravené verzie našli cestu do priemyselného prostredia, v ktorom majú množstvo uplatnení na rôznych úrovniach distribuovaného systému riadenia podniku. V tomto článku, ktorý je prvým z pripravovanej série, chceme na úvod zhrnúť oblasti využitia mobilných a nositeľných chytrých zariadení v priemyselnom prostredí a v hospodárstve.
Chytré zariadenia v priemysle (1)

Prehľad a potenciál využitia chytrých zariadení v priemysle

Vlastnosti mobilných zariadení pre náročné a priemyselné prostredie

Výhodou mobilných a nositeľných zariadení je predovšetkým fakt, že ich má operátor neustále k dispozícii. Zariadenia zároveň disponujú dostatočným výkonom aj zobrazovacími možnosťami na využitie v priemyselnej praxi. Pre priemyselné použitie je však dôležitá aj fyzická odolnosť zariadení, čo sa snažia reflektovať aj samotní výrobcovia spĺňaním štandardov IEC 60529 a EN62262.

Smartfóny s certifikáciou IP67 alebo IP68 v súčasnosti ponúka väčšina výrobcov. Od menej známych čínskych výrobcov až po najprestížnejšie kórejské a americké značky. Tieto zariadenia majú potrebnú odolnosť proti vode a prachu. Na náročné nasadenie sú však zaujímavé predovšetkým zariadenia, ktoré prešli aj testami podľa štandardu MIL-STD-810. Týchto zariadení je na trhu omnoho menej, avšak podľa spomenutého štandardu je overovaná do značnej miery aj ich mechanická odolnosť. Touto certifikáciou disponujú od známejších výrobcov napr. zariadenia LG G6, modely od výrobcu CATERPILAR (CAT S30, S40, S50 a S60) či SAMSUNG Galaxy S8 Active.

Po hardvérovej stránke sú zariadenia vybavené displejom s veľkosťou 4 – 5“, ktorý je chránený odolným sklom Gorilla Glass. Ponúkajú širokú paletu pohybových, orientačných, polohových a ambientných senzorov, čo zvyšuje ich možnosti praktického využitia v praxi aj v priemysle.

V nasledujúcich kapitolách uvedieme prehľad problémových oblastí, v ktorých sa nositeľné, ale predovšetkým mobilné zariadenia už etablovali a načrtneme perspektívne oblasti výskumu v priemyselnej a hospodárskej praxi.

Teleoperácia

Pohybová senzorika v chytrých zariadeniach tvorí základ platformy na ovládanie priemyselných robotov a manipulátorov pomocou gestikulácie. V tomto prípade je vhodné ich využitie napríklad počas učenia dráhy (resp. pohybov vo všeobecnosti) ramena alebo aktuátora. Minimalistickú, ale napriek tomu funkčnú haptickú spätnú väzbu možno získať pomocou vibrácií mobilného zariadenia, napr. pri hroziacich kolíziách robota počas učenia dráhy. Na základe výskumov [2], [6], [7] môžeme povedať, že chytré zariadenia vo všeobecnosti predstavujú jednoduché, použiteľné aj ekonomické riešenie na ovládanie robotických zariadení (teleoperáciu). Riešenia opísané v [2] využívajú údaje z akcelerometra a gyroskopu, z inteligentného telefónu na výpočet akčných zásahov, ktoré sú pomocou bezdrôtovej WiFi siete odoslané do robotického ramena. Príchod a adaptácia lacných nositeľných zariadení otvára nové smery vo výskume a prináša možnosti ich ďalšieho praktického využitia v tejto oblasti.

HMI systémy

Mnohé renovované firmy poskytujúce riešenia pre HMI už poskytujú možnosti na presun HMI do mobilných zariadení. Napríklad spoločnosť Wonderware poskytuje rozšírenie InTouch Access Anywhere, ktoré umožňuje používať HMI riešenia v ktoromkoľvek webovom prehliadači podporujúcom HTML 5. Takýmito prehliadačmi disponujú takmer všetky mobilné zariadenia. Prenos vizualizácie na mobilné zariadenia mení pohľad na jej fungovanie. Mobilné zariadenia vo svojej podstate nie sú určené na rozsiahle podrobné vizualizácie celého výrobného procesu, resp. riadeného systému. Ich úlohou nie je nahradiť komplexné prehľady stavu celého systému z dozorne prevádzky, ale predovšetkým poskytnúť operátorovi prehľad aktuálneho stavu výroby potrebného pre výkon jeho operatívnej úlohy. Príkladom môže byť súhrnné zobrazenie výrobných ukazovateľov pre manažment podniku, aktuálny stav zariadenia, informácie o poruchách a potrebných servisných úkonoch na zariadení pre servisného technika vykonávajúceho údržbu alebo opravu v danej časti podniku [3].

Práve takéto prispôsobenie obsahu vizualizácií činnosti používateľa je v súlade s konceptom Context awareness. Ten je podľa [4] postavený na prispôsobení údajov zobrazených používateľovi jeho polohe, činnosti, ktorú vykonáva, a jeho aktuálnym potrebám. Práve na to sú vhodné nositeľné zariadenia, ktorých minimálny invazívny charakter dovoľuje použitie aj v teréne. Aplikačne je doména nositeľných zariadení v súčasnosti umelo obmedzovaná na oblasti športu a životného štýlu. Z pohľadu výskumu však možno vnímať značný potenciál smerom k personalizovanej medicínskej diagnostike, rehabilitácii a využitiu v priemysle, čo postupne núti výrobcov nositeľných zariadení otvárať ich riešenia širšej vývojárskej komunite.

Manažérske systémy a skladové systémy

Mobilné zariadenia sú už dlhodobo neoddeliteľnou súčasťou skladových systémov. Práve sklady a logistika boli miestom, kde sa príchod mobilných a nositeľných zariadení prejavil ako prvý už začiatkom tohto tisícročia. Pre skladové hospodárstvo je aktuálne k dispozícii množstvo voľne dostupných aj proprietárnych aplikácií, z ktorých sú mnohé dostupné v Google Play store alebo iTunes. Tieto aplikácie sú však v praxi málo používané najmä pre ich náročnú integráciu s už existujúcimi systémami, ktoré sú v podnikoch zaužívané na ostatných úrovniach skladu. Práve preto sa ako vhodnejšie riešenia javia aplikácie od firiem, ktoré produkujú plošné ERP riešenia, napríklad aplikácia SAP Inventory Manager dostupná v Google Play store.

Chytré mobilné telefóny poskytujú relatívne lacnú alternatívu k priemyselným mobilným terminálom, pričom zaručujú identické funkcie a možnosti na beh aplikácií na správu stavu skladu, expedíciu a naskladňovanie nového tovaru. Výhodou je tiež dnes už bežne dostupná kvalitná zabudovaná kamera s vysokým rozlíšením a automatickým zaostrovaním na identifikáciu tovaru pomocou kódu EAN alebo QR. Zariadenia, ktoré disponujú čipom NFC, sú zároveň schopné čítať kódy RFID, ktoré môžu byť použité aj na bezkontaktnú identifikáciu skladových položiek (v závislosti od použitej značky RFID). Výhody vyplývajúce zo spomenutých vlastností mobilných zariadení prinášajú zjednodušenie logistiky aj v stavebnom priemysle v skladoch či na staveniskách. Na druhej stane je bežné a obzvlášť vhodné aj ich využitie pri fyzických inventúrach [8]. Nositeľné zariadenia môžu v budúcnosti prispieť k lepšiemu sledovaniu tovaru a zásielok, optimalizácii umiestnenia skladových položiek, resp. pohybu po sklade.

Monitoring a správa zariadení

Praktické riešenia zahŕňajúce mobilné chytré zariadenia s priemyselným využitím začali postupne pribúdať už približne pred 15 rokmi. Za vhodnú ukážku môžeme považovať napríklad nasadenie mobilných zariadení po modernizácii čističky odpadových vôd William E. Dunn Water Reclamation Facility (obr. 1) na západnom pobreží Floridy. Išlo o rekonštrukciu za 17 miliónov dolárov, kde okrem modernizácie samotného procesu čistenia bol modernizovaný aj systém riadenia prevádzky. V rámci modernizácie bol vytvorený nový systém HMI s využitím obrazoviek Wonderware a s podporou pre vizualizáciu na PDA (Personal Digital Assistant – pôvodné verzie smartfónov). Vďaka pokrytiu areálu WiFi signálom operátor môže monitorovať čističku počas obchôdzky po prevádzke, pričom aktívny prístup (akčné zásahy) je zaručený len v sektore, v ktorom je operátor fyzicky prítomný. Vďaka tomuto riešeniu môže okamžite reagovať alebo reportovať vzniknuté poruchy a problémy. Vďaka spomenutým inováciám sa dosiahli lepšia kontrola a menej incidentov bez zvýšenia počtu operátorov [5].

Zhrnutie a záver

V článku sme zhrnuli súčasnú situáciu a možnosti využitia mobilných a nositeľných zariadení na priemyselné využitie. Nové trendy ako príchod nositeľných zariadení, inteligentných hodiniek, fitnes náramkov či dokonca okuliarov rozšírenej reality otvárajú nové možnosti pre vizualizáciu a najmä zber dosiaľ neregistrovaných údajov v priemyselnom prostredí. Aplikácie týchto nových trendov v rôznych smeroch priemyslu vrátane oblasti bezpečnosti pracovníkov prinesieme v nasledujúcich článkoch. Výskum, v ktorom sa zameriavame na aplikáciu mobilných a nositeľných zariadení v hospodárskej praxi, je realizovaný v Laboratóriu chytrých technológií na Katedre kybernetiky a umelej inteligencie FEI TU v Košiciach.

Zdroje

[1] US Department of defense: Test methods standards: Enviromental engineering considerations and laboratory tests. 31. 10. 2008.

[2] Parga, C. – Li, X. – Yu, W.: Tele-manipulation of robot arm with smartphone. International Symposium on Resilient Control Systems 2013.

[3] Šatala, P.: Operátor 4.0 – aplikácia v kontexte Industry 4.0. Diplomová práca. KKUI FEI TU Košice 2017.

[4] CHen, G. – Kotz, D.: A Survey of Context-Aware Mobile Computing Research. 2005.

[5] Hall, J. L. – Harrington, W. C.: Operate a wastewater treatment plant from the palm of your hand. University of Georgia April 25 – 27 2005.

[6] Yepes, J. C. et al.: Implementation of an Android based teleoperation application for controlling a KUKA-KR6 robot by using sensor fusion. In: Pan American Health Care Exchanges. 29. 4. – 4. 5. 2013 Medelling, Colombia. ISBN 978-1-4673-6257-3.

[7] Jordán, S. – Haidegger, T. – Kovács, L. – Felde, I. – Rudas, I.: The Rising Prospects of Cloud Robotic Applications. In: ICCC 2013, Proceedings of IEEE 9th International Conference on Computational Cybernetics. Tihany, HU, July 8 – 10 2013, pp. 327 – 332. ISBN 978-1-4799-0061-9.

[8] Gašpar, V. et al.: Simple Mobile Warehouse System for Microsoft Dynamics Navision ERP System. In: Software engineering, 2012, vol. 2, no. 2, pp. 21 – 28. ISSN 2162-8408.

Poďakovanie

Táto séria článkov vznikla vďaka realizácii projektov podporených Kultúrno-edukačnou grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR a Slovenskej akadémie vied pod číslom 05TUKE-4/2017 a Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-16-0213.

Ing. Pavol Šatala
pavol.satala@tuke.sk

Ing. Vladimír Gašpar, PhD.
vladimir.gaspar@tuke.sk

doc. Ing. Peter Butka, PhD.
peter.butka@tuke.sk

Technická Univerzita v Košiciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie – Oddelenie hospodárskej informatiky
Laboratórium chytrých technológií
Vysokoškolská 4, 042 00 Košice
http://kkui.fei.tuke.sk/chi/smart